湖南省攸县兰村矿区上屋岭区段

　　摘要：本文结合《湖南省攸县兰村矿区上屋岭区段煤炭普查》项目的绳索取心钻探经验，总结、分析、研究了在实际工作中经常遇到的钻具级配、钻孔结构设计、钻进参数的经验取值、钻杆内壁、钻孔壁泥皮的控制、调整及重大钻探技术问题的处理等方面的问题，完成钻孔8个，钻探进尺6873.96米,特甲级孔率100%，台月效率509米，钻月效率623米。对提高绳钻的岩煤心采取率、提高钻探效率有较强的参考意义。
　　关键词：绳索取心钻探、钻进参数经验值、泥皮控制调整、间隙尺寸配合
　　
　　1、 勘查目的、工程概况
　　《湖南省攸县兰村矿区上屋岭区段煤炭普查》项目，为湖南省国土资源厅2007年度省两权价款招标资源勘查项目，项目编号：HN2006ZTB08。2007年7月10日下达了地质勘查任务书，项目编号为200603082，项目性质为新开。批准主要实物工作量为：1：10000地质修测7.0Km2，1：25000工程地质及环境地质测量各7.0Km2，生产井巷道测量10000m，钻探6920m，测井6800m，预期提交（332+333+334）煤炭资源量2500万吨。普查区位于湖南省攸县东北部，距攸县县城直距约40km，行政区划隶属湖南省攸县黄丰桥镇管辖。
　　2、 主要技术要求
　　（1）矿区全部钻孔特、甲级孔率应达85%，其中，特级孔率达40%；
　　（2）可采煤层煤芯采取率：长度采取率不低于80%；送样采取率不低于60%。煤层结构清楚，煤芯不污染，不燃烧变质，不混入杂物。岩芯采取率三分二以上层段必须大于75%，其余段不得低于65%。其它矿层采取率不得低于85%；
　　（3）300米以内孔斜度不得超过5°，300米以后孔深每增加百米孔斜递增1.5°。
　　3、 工程地质条件
　　上屋岭区段出露地层从新到老有：第四系、下三叠统大冶组、上二叠统大隆组、上二叠统龙潭组上段及上二叠统龙潭组下段。
　　(1) 第四系(Q)：由黄、红色粘土、亚粘土、砂砾石夹碎石等冲积层、残坡积层组成，厚约5m。
　　(2) 下三叠统大冶组(T1d)：分布于兰村向斜核部。上部为灰～青灰色泥灰岩、灰岩夹钙质泥岩为主；中部为深灰色薄～中厚层硅质石灰岩夹硅质泥岩组成；下部为浅黄色钙质泥岩及灰色泥灰岩互层组成。产菊石及瓣鳃类化石。全组厚大于400m。与下伏大隆组呈整合接触。
　　(3) 上二叠统大隆组(P2d)：上部为深灰色薄～中厚层状硅质岩、硅质灰岩为主，夹泥质灰岩、钙质泥岩组成，水平层理发育，产菊石化石，厚52m；下部为深灰～灰黑色硅质泥岩、硅质灰岩、钙质泥岩，夹硅质岩，产菊石及腕足类化石，厚63m。全组厚约115m。与下伏龙潭组整合接触。
　　(4) 龙潭组上段(P2l2)：由长石石英砂岩、石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，偶夹灰岩。本段含煤层7～12层。俗称“含煤段”，主要可采煤层为2、5、6、9煤层。本段盛产栉羊齿、大羽羊齿、瓣轮木、单羽羊齿等植物化石及海豆芽等动物化石，厚131～319m，平均厚214.85m。
　　(5) 龙潭组下段(P2l1)：以深灰色砂质泥岩、粉砂岩、泥岩为主，夹浅灰色细～中粒砂岩，局部夹钙质泥岩、炭质泥岩。常含极不稳定的薄煤层，仅中部夹16煤层局部可采。总的含煤性差，俗称“不含煤段”。本段总厚约450m。
　　4、 钻探工作难点
　　（1）该矿区设计钻孔均为深孔（最浅孔860m，最深孔1100m），给钻探施工带来了较大的难度；
　　（2）本矿区煤层层数多，加之煤层为粉煤对煤层的采取有较大的影响，会出现打薄打丢煤层的现象；
　　（3）该区地层倾角在30～60°之间，加之遇水敏性地层和灰岩破碎带，从以往资料来看，本区为易斜地层。；
　　由此可见该区地层复杂，钻探施工难度较大，因此要选择合适的钻进方法和钻进工艺，以保证各项工作顺利完成。
　　5、 钻进方法
　　（1）钻孔结构设计
　　钻孔结构设计为：开孔孔径Ф150mm，钻进至完整基岩后下入Ф146mm井口管（其长度不得低于5m），逐级换径，然后换用Ф91mm一径到底。钻孔结构设计如示意图所示。
　　（2）钻具级配
　　选用Ф87mm绳钻钻杆，公称直径91mm，钻孔直径Ф94mm,套管外径108mm，套管壁厚5.23mm，裸眼环状间隙4mm。
　　（3）设备选型
　　钻机设备选用XY-5岩芯钻机，BW-320泥浆泵。
　　6、 钻进参数的选择
　　泵压、钻压表及转速按经验参考值
　　7、 影响钻进效率、岩煤心采取率的因素及解决的措施
　　7.1泥浆的循环通道不正常，而是通过取心管内部循环。原因及处理：（1）取心管头部与钻头接触不正常，间隙过大，调整上部螺丝将间隙消除，阻止泥浆进入取心管。（2）取心管在管内未能卡紧，处于歪斜状态，致使泥浆循环不正常。（3）钻头钻取岩心的直径应略大于取心管中卡心簧卡片下开口的直径，能使岩心紧密旋进于取心管中，不留空隙，泥浆不能进入。（4）绳索取心主要适用坚硬和半坚硬的地层，而不适用于松散如沙的地层。如岩心松软，可改用内管超前，带半合管或底喷式、局部反循环钻具钻进。（5）在购买金刚石钻头及配件时，认真检查钻头上钻齿圆的直径及钻取的岩心直径是否能达到卡心簧片刚好卡住，这是保证岩心采取率的关键所在。（6）随着钻孔的加深，钻具的重量随之增加，须随时调整钻进的压力参数，基本保持钻头钻进压力均匀，使岩心顺利进入取心管，保证钻探的岩心采取率。（7）钻头嵌套的合金外齿应略大于钻杆外径1-2mm，使得钻探出来的钻孔孔径略大于钻杆直径，给泥浆的循环留出通道，确保泥浆循环畅通、岩粉带出顺利。此嵌套参数正确与否，是充分发挥钻机深孔作业性能、保证深孔作业顺利进行的关键。（8）岩心堵塞、岩心未能进入内管，须提出内管总成，检查内管、卡簧座与卡簧性能及配合，检查更换钻头。（9）泥浆泵泵压大小和流量控制直接影响到钻进效率。在完整、较坚硬地层钻进，适度增加泵压，能促进孔内泥浆循环速度，减少泥浆在孔内的滞留时间，降低泥浆中固相物质沉淀机会，有利于高效、安全钻进；在松软地层钻进，如一味增加泵压，首先动力消耗增大，且钻杆与孔壁间压差增大，对孔壁的冲刷加剧，影响孔壁的稳定，造成冲洗液漏失和孔壁坍塌掉块。故泵压的选择须根据孔深、孔壁稳定性、泥浆密度、钻杆与孔壁间环状间隙等情况综合考虑。
　　7.2、泥浆质量不合格，泥浆配方或调配存在问题，造成泥浆性能不达标。在钻杆内壁结有泥皮，钻杆内径缩小，影响打捞器和内管的升降，造成捞取岩心失败。
　　（1）冲洗液类型的选择
　　①稳定岩层中采用清水钻进。
　　②煤系钻进
　　煤系地层中钻进时使用双聚低固相泥浆。为进一步提高双聚泥浆的质量，本区施工采用高造浆率、200目以细的粘土粉。坍塌较严重时，在双聚泥浆中增加腐植酸钾，以增加泥浆的护壁性能。
　　③在遇涌水、断层破碎带和煤系岩石松散层位施工，采用高比重的泥浆钻进，加重剂选用重晶石粉。
　　（2）泥浆的性能指标
　　泥浆以低固相为主，基本材料纯碱、膨润土、聚丙烯酰胺、801、广谱护壁剂见表
　　地层 密度 粘度 失水量
　　灰岩 1．03 20 10
　　煤系地层 1．08 25 8
　　（3）泥浆的净化与管理
　　①冲洗液的净化
　　按规范摆设泥浆循环系统，要求循环槽长度不得短于15m，宽不得低于300mm，高不得低于200mm，循环槽内每间隔1.5～2m设1挡板，便于沉砂，循环槽安装坡度应为1/100。循环桶不得少于2个。
　　②泥浆管理
　　钻机每小班明确专人兼泥浆员，在钻探技术人员及机长的指导下，负责泥浆的调制、调配及泥浆日常的管理；按规定的比例和要求调配泥浆，各种化学处理剂不随意乱加；钻进过程中，每班现场测试泥浆性能指标（粘度、比重、失水量、含砂量）一次，并记录在班报上。起钻时，往孔内回灌泥浆以平衡因钻具的抽吸作用而引起的地层压力波动，防止塌孔。当泥浆性能变化时，应及时调整；现场保护好泥浆测试工具，用后清洗干净擦干并妥善保管；钻进过程中，每班应清理循环槽，每三天应清理沉淀池；泥浆循环系统搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥浆池内。
　　8、 施工效果
　　采用机械岩心绳索取心钻探方法。2008年6月至2009年11月为施工期，开动钻机1台，施工钻孔8个，计工程量6873.96m,钻孔开孔直径150mm,终孔直径为91mm(3306孔为77mm)。完工钻孔根据原煤炭部《煤田勘探钻孔工程质量标准》综合验收，其质量等级为特级孔6个，甲级孔2个，特甲级孔率达施工钻孔的100%，台月效率509米，钻月效率623米。
　　9、 结语
　　（1）通过精细配制泥浆，控制好钻具内、钻孔孔壁泥皮的产生，是将所钻岩心、岩粉干净带出孔内、保证钻进正常进行的前提，是绳牵取心钻进工艺成功的重大技术问题；
　　（2）把好调整控制关，是提高岩心采取率的关键，同样是确保钻进正常进行的前提，如：取心管头部与钻头、取心管卡紧周正、钻头嵌套的合金外齿与钻杆外径等之间的尺寸配合。
　　
　　参考文献：
　　[1]韩广德等，中国煤炭工业钻探工程学.北京.煤炭工业出版社.2000.12
　　[2]鄢泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，2001.
　　[3]张相，绳索取心钻进在新疆煤田地质勘探中的应用，中国煤炭地质，2007.3       论文网